婴儿配方奶粉中叶黄素稳定性研究

2019-07-30杨婉霜马少杰李晓东王立娜刘璐冷友斌巩燕妮

中国乳品工业 2019年6期

杨婉霜，马少杰，李晓东，王立娜，刘璐，冷友斌，巩燕妮

（1.东北农业大学食品学院，哈尔滨150030；2.黑龙江飞鹤乳业有限公司，哈尔滨150030；3.黑龙江完达山林海液奶有限公司，黑龙江牡丹江157100）

0 引言

叶黄素是一种对眼睛有健康作用的类胡萝卜素，适量补充叶黄素可减少视觉伤害[1]、预防婴儿视网膜的氧化损伤[2-3]。

母乳是婴儿生长发育最理想的天然食物[4]，母乳中的平均叶黄素质量浓度约为25μg/L，可满足婴儿生长的需求[5]。由于母亲身体等方面的原因，有许多婴儿不能得到母乳喂养，婴儿配方奶粉是除母乳外的最佳选择[6]，然而有研究表明，配方奶粉中的叶黄素含量比人乳中多4倍时才可以达到与母乳相似的功效[5，7]；因此，婴儿配方奶粉经过加工和储藏后必须含有足够量的叶黄素。叶黄素具有不稳定性易发生降解[8]，而国内外关于婴儿配方奶粉中叶黄素的研究主要集中于提取与检测方法。本研究的目的在于分析强化叶黄素的婴儿配方奶粉中的叶黄素在奶粉加工及储藏过程中的稳定性。

1 实验

1.1 材料

全脂粉，乳清粉，棕榈油，大豆油，叶黄素标准品，5%叶黄素，丙酮，2，6-二叔丁基对甲酚(BHT)，氯化钠。

1.2 仪器设备

高效液相色谱仪，高压均质机，高速离心喷雾干燥机，电子分析天平。

1.3 方法

1.3.1 婴儿配方奶粉样品制备

根据Canfield L等[9]人的关于多个国家母乳中叶黄素含量范围的研究结果，本研究中婴儿配方奶粉样品中的叶黄素添加质量浓度选为100μg/L[5]。

参考刘奕博[10]方法及预实验，确定简化的婴儿配方奶粉样品的配方为：125 g全脂粉、275 g乳清粉、75 g大豆油、25 g棕榈油，添加100μg质量分数为5%的叶黄素水溶液，加水配制约1 000 mL基料，剪切混和均匀后经过均质、喷雾干燥得到约400 g奶粉。将成粉以每袋10 g分装于铝箔袋中。婴儿配方奶粉的加工程序[11]依次为均质（5 0℃，15 MPa）、杀菌（115℃，30 s）、浓缩（55℃，0.03 MPa）、喷雾干燥（18 MPa，进风温度150℃，排风温度80℃）。

1.3.2 婴儿配方奶粉样品中叶黄素的稳定性分析

（1）叶黄素的加工稳定性实验。对制备的婴儿配方奶粉样品在均质后、高温杀菌后、浓缩喷雾干燥后分别取样，平行取样三次，测其中的叶黄素含量。

（2）叶黄素的储藏稳定性实验。参考樊垚[12]试验方法，并略作修改，取马口铁奶粉罐、粘合纸罐及铝箔PE软包袋各9只，将喷雾干燥后得到的奶粉样品分别装入其中，充氮后各自密封。将3种不同包装材料设为一组，得到的3组平行样品分别放入避光条件下的10℃、25℃和28℃干燥环境中，其中10℃存放环境为医用冷藏箱，25℃和28℃为各自温度设置条件下的恒温培养箱。另取一只敞口马口铁奶粉罐，装入奶粉后同时放入25℃恒温培养箱中；另取一只密封马口铁奶粉罐，装入奶粉后放入真空玻璃干燥器中，在常温下接受光照。

对于不同温度、不同包装材料下的奶粉样品，每隔15天进行一次取样，测定其中叶黄素含量，储藏期持续6个月。对于敞口储藏及光照条件下的奶粉，储藏期为1个月，每隔5天测定一次奶粉中叶黄素含量。马口铁奶粉罐样品以M开头进行编号，纸罐以Z开头编号，铝箔PE软包装以P开头编号，结果进行记录供后期分析。

1.3.3 婴儿配方奶粉样品中叶黄素质量浓度分析

根据Brendond[13]、刘玲君[14]的研究方法，稍作修改。因叶黄素对光线敏感，试验在暗光下进行。

（1）配制叶黄素标准溶液。准确称取1.0 mg叶黄素标准品，用二氯甲烷溶解定容至10 mL，配制100 mg/L标准储备液；取10mL标准储备液于100 mL容量瓶中，用质量分数为0.1%的BHT丙酮溶液定容至刻度，得到质量浓度为10 mg/L标准中间液；分别移取0.2，0.5，1，3，5，8 mL标准中间液于100 mL容量瓶中；用质量分数0.1%的BHT丙酮溶液定容至刻度，得到质量浓度分别为 0.02，0.05，0.1，0.3，0.5 mg/L和0.8 mg/L的标准工作液，测标准工作液中的叶黄素质量浓度。

（2）样品制备。准确称取样品0.5 g于50 mL聚丙烯离心管中，用2 mL超纯水溶解样品，在避光条件下加入10 mL质量分数为0.1%的BHT丙酮溶液（边震荡边加入），震荡混匀后置于超声波振荡器，超声震荡15 min，再向离心管中加入5 g氯化钠，震荡混匀。以转速为6 000 r/min低温离心10 min。移取上清液过滤(0.22μm)，进样检测。

对于溶液状态奶粉样品，可省略溶解步骤，其他步骤不变，直接从加入含0.1%BHT的丙酮溶液开始，依次按上述步骤进行操作，完成样品预处理。

（3）色谱条件。色谱柱为C18，4.6 mm×250 mm，粒径为5μm；流动相为甲基叔丁基醚-甲醇(15∶85)；柱温为25℃；流速为1.0 mL/min；检测波长为446 nm。

1.4 数据处理

利用如下公式计算叶黄素保留率：

式中：R为叶黄素的保留率；A1为实验日样品配方奶粉中的叶黄素含量的测定值；A0是样品配方奶粉中原始的叶黄素质量浓度。采用SPSS软件进行差异显著性(P＜0.05)分析。采用Origin8.5软件作图。

2 结果与分析

由于原料中含有一定量的天然叶黄素，实验测得为20μg/L，所以，试验中叶黄素婴儿配方奶粉样品中叶黄素的初始质量浓度为120μg/L。

2.1 婴儿配方奶粉样品中叶黄素的加工稳定性

婴儿配方奶粉样品中的叶黄素在加工过程中的保留率如表1所示。均质过程中叶黄素的损失量较小，均质工艺后叶黄素的平均保留率为98.81%。高温杀菌工艺中叶黄素的损失量较大，杀菌工艺后，叶黄素的保留率为93.57%，与杀菌前对比存在显著性差异（P＜0.05）；说明高温杀菌对叶黄素稳定性有显著影响，此结果与樊继鹏等[15]人关于叶黄素稳定性研究结果相一致，温度越高，作用时间越长，叶黄素损失越多，因此在高温杀菌过程中要严格控制杀菌的温度及时间，尽量避免超温或超时等不规范操作。

浓缩喷雾干燥工艺中叶黄素的损失量较大。浓缩喷雾干燥后，叶黄素的保留率为92.51%，与喷雾干燥前对比存在显著性差异（P＜0.05）。试验中发现浓缩干燥后叶黄素保留率的数据存在不稳定现象，数据不稳定的原因可能有：不同批次、不同取样点、不同时间段的影响使取样不易均匀。浓缩喷雾干燥工艺对乳液中叶黄素的稳定性有显著影响（P＜0.05），这可能是由于喷雾干燥的温度较高所造成的，因此在喷雾干燥过程中要严格控制进出风温度，尽量避免超温现象。

表1 加工过程中含叶黄素婴儿配方奶粉中叶黄素保留率 %

2.2 婴儿配方奶粉样品中叶黄素的储藏稳定性

2.2.1 储藏温度的影响

由图1可知，随着储藏温度的升高，奶粉中叶黄素的保留率逐渐下降，这一规律在不同包装材料条件下都成立。10℃储藏6个月条件下，各包装奶粉中叶黄素基本保持稳定，保留率比较高。25℃储藏6个月条件下，各包装奶粉中叶黄素保留率有所下降，但下降幅度不大，保留率均在90%以上；28℃密封避光储藏6个月后，马口铁奶粉罐、铝箔PE软包装、纸罐中叶黄素保留率均比10℃及25℃相同储藏条件下低，叶黄素保留率分别为83.88%、87.53%、88.82%；上述结果说明，在婴幼儿配方奶粉的储藏期内，叶黄素的稳定性受温度影响较大，且高温下奶粉中叶黄素极其不稳定。

图1 不同温度下的叶黄素保留率

2.2.2 包装材料对储藏稳定性的影响

由图2可以看出，在10℃条件下储藏6个月后，马口铁奶粉罐、铝箔PE软包装、纸罐3种包装材料奶粉中叶黄素的保留率分别为96.62%，96.03%，93.50%；3种包装材料奶粉中叶黄素的保留率无显著差异（P＞0.05）；随着温度的升高，各包装材料中叶黄素损失量都逐渐增大，25℃条件下储藏6个月后，3种包装材料奶粉中叶黄素的保留率分别为92.90%，91.44%，90.78%；3中包装材料奶粉中叶黄素的保留率无显著差异（P＞0.05）；28℃储藏6个月后，马口铁奶粉罐奶粉组与另外两组奶粉中叶黄素保留率均存在显著差异（P＜0.05），3种包装材料奶粉中叶黄素保留率分别为83.88%，87.53%，88.82%。以上结果可得：低温条件下马口铁奶粉罐对叶黄素储藏稳定性影响最小，纸罐影响略大。高温条件下3种包装材料中纸罐中叶黄素的保留率最大，铝箔PE软包装次之，马口铁奶粉罐中叶黄素保留量相对最小。这可能是由于高温条件下马口铁罐的热传导性较其他材料更为灵敏，铝箔软包装也有一定的热传导性[16]，可能对叶黄素的稳定性造成更多的负面影响，而纸罐不存在这种特性，故保留率与二者相比较高。

图2 不同条件下包装材料奶粉中叶黄素保留率变化

2.2.3 空气对储藏稳定性的影响

将敞口奶粉中叶黄素含量的测定值，与同样温度环境(25℃)下处于密封状态的马口铁奶粉罐中叶黄素的含量变化进行对比，计算其不同时间的保留率。由图3可以看出：储藏1月后，密封及敞口环境奶粉中叶黄素保留率相差15.43%，差异显著（P＜0.05），且敞口环境中叶黄素保留率下降速度先快后慢。以上结果说明在敞口环境中，奶粉中叶黄素的损失量较大，而密封条件下的奶粉中叶黄素的稳定性则相对较高，说明空气对奶粉中叶黄素稳定性的影响较大。空气影响叶黄素稳定性的主要因素是氧气，与氧气充分接触时，婴儿配方奶粉中的叶黄素极易发生氧化反应；空气中水分的作用，也会加速叶黄素降解，同时奶粉中的蛋白质、乳糖也会发生质变[17-19]。奶粉发生的各种理化反应会造成营养物质的消耗和降解，导致叶黄素含量的减少与稳定性的下降。

图3 空气环境对奶粉中叶黄素保留率的影响

2.2.4 光照对储藏稳定性的影响

对照25℃条件下密封马口铁奶粉罐中前一个月叶黄素测定量，计算保留率后见图4。由图4可以看出，光线对婴儿配方奶粉中叶黄素的储藏稳定性具有较为强烈的影响。经过1个月的储藏期，储藏于25℃光照条件下奶粉中叶黄素的保留率下降到72.20%左右，与避光条件下相比保留率差异显著（P＜0.05）。与其他环境因素相比，光照对奶粉中叶黄素含量造成的损失最大，这也是含叶黄素婴儿奶粉生产商建议产品避光保存的原因之一。